压砖机机架静力学分析范文

《轻工科技杂志》2015年第五期

1建立有限元模型和划分网格

将建立好的三维模型导入ANSYS有限元分析软件。实际工作中的压机在上下梁和立柱间为防止相互之间的错动，分别用大圆柱销定位。为减轻软件计算强度，在模型中将这四处的联接简化为“绑定”约束。施加完约束后，还需要对模型添加材料属性。机架结构中几个零件材料均为ZG270~500。材料属性见表1。完成后，对模型进行网格划分。划分好的网格模型如图2所示。

2加载和求解

为使钢丝层的强度设计达到等强度设计，以充分发挥钢丝的强度潜力，对机加采用变张力缠绕方法进行缠绕，预紧系数为η＝1.1。计算结果压机缠绕层为38层，外加三层保护层。为达到简化模型的目的，对钢丝预紧力简化为施加到半圆梁上的压强，对应换算的结果为施加到半圆梁上的压强33.945MPa。对上横梁和底座的钢丝槽圆弧面分别施加33.945MPa的压强（由于此处为预紧状态计算，故无需施加工作载荷）。因为上下半圆梁加载面积相等，所以板框不会发生移动，不需要增加其它位移约束。加载区域如图3所示。运行计算，进行求解。

3计算结果分析

从三个方面分析计算结果：应力图解、变形图解和应变图解。这三个图解可以充分反映机架的强度和刚度。通过获得的VONmises应力云图如图4所示。由计算结果可以得到上下梁的拉应力区上最大拉应力仅为102.08MPa和97.86MPa，而机架的最大应力163.32MPa出现在立住与上横梁结合区域，此区域为压应力区，不会引起疲劳裂纹的扩展。铸钢材料的屈服强度达到270MPa，因此框架的强度是满足要求的。另外，此结构的另一个优点是与传统钢丝缠绕机架相比较，避免了在上横梁和底座大平面上开设的油孔和避空孔，这些空位处于交变应力区，且应力值较大，往往是上下梁开裂的起始位置。图4机架VONmises应力云图X向和Y向变形图解如图5、图6所示。X向和Y向的应变图解如图7、图8所示。在这里，我们需要关注各个方向变形最大的关键点的计算数值，具体数值见表2和表3。机架的刚性将会对压砖机的能耗有巨大的影响，所以在设计的过程中，要将变形数值控制在一个适当的范围内。本例中X、Y向变形值为1.37和2.34，都属于比较理想的刚性范围内。Z向的变形和应变都相当小，不再列举。

4结果验证

通过有限元分析，我们得到机架几个关键点的应力、应变和变形的计算值。我们利用静态应变测试系统对机架在缠绕过程中的变形和应变值进行了实际测量，以验证有限元分析结果。出于监测的需要，我们对整个缠绕过程进行了4次测量，最后完成时的累积变形值（合计项）和计算值项才是我们需要对比的对应数值。将测量的结果和计算结果对比得到的结果如表2、表3所示。分析表2、表3可见，实测值和计算值的误差均在5%以内。通过实测值验证了分析方法和结果的正确性。6结论通过建立正确的有限元分析模型和采用正确的分析方法，可以大大缩短产品设计周期，是减小产品失效可能性的行之有效的办法。

作者：曹飞 单位：广东科达洁能股份有限公司